欧洲乘用车车队脱碳替代路径

《Journal of Cleaner Production》：Alternative passenger car fleet decarbonisation pathways in Europe

　　

实现道路运输实际CO₂排放的快速减少，不仅需要对新车型设定雄心勃勃的CO₂标准，还需要通过政策设计加速车队更新，并促进实际条件下的电动驾驶。一个悬而未决的问题是，乘用车车队的脱碳能否完全通过全面电动化实现，或是否也可以通过主要依靠电力运行的插电式混合动力系统配置来实现。虽然欧盟（EU）当前的CO₂标准侧重于新车型的型式认证性能，但其气候影响关键取决于车队更新速率、燃料结构以及用户行为，特别是在向2030年过渡期间，内燃机汽车的淘汰最为关键。本研究采用基于情景的评估框架，考察了到2050年欧盟乘用车车队的替代脱碳路径。比较了两个情景：一个基准路径，与当前EU CO₂标准一致；另一个替代风格化路径，反映了欧洲委员会汽车一揽子计划可能的市场反应。特别关注了插电式里程延长电动汽车（PREVs）以及传统插电式混合动力电动汽车（PHEVs）作为纯电动汽车（PEVs）的补充技术，在支持技术中立的监管灵活性下，可能促进更快的车队更新。结果表明，在有利条件下，替代路径导致累计尾气CO₂排放低于基准路径，在2028-2040年间减少约8%。然而，这些效益对实际使用高度敏感。如果PREVs的电动驾驶比例与当前PHEVs的使用类似，则增益大幅减少，并在2040年之后长期可能逆转。与当前标准路径的差异在2040年之前仍然有限，因为较旧的内燃机汽车在过渡期的大部分时间内仍主导车队排放。结果还表明，混合电动化路径中对液体燃料的持续需求，凸显了在电动化同时实现道路运输低碳燃料供应对脱碳目标的重要性。总体而言，这些发现表明，允许未来十年技术中立的监管灵活性并不自动加速或延迟脱碳。其有效性主要取决于实施条件，尤其是实际电动驾驶、车队更新动态以及配套的燃料和电力路径，谨慎假设表明，到2040年脱碳不会放缓。

**研究背景与问题**
道路运输脱碳是欧盟减缓气候变化战略的核心支柱，乘用车占温室气体排放的近25%。当前欧盟政策主要依赖对新车型的CO₂排放标准（如Regulation (EU) 2019/631要求2035年新车实现100%减排），但存在三个结构性挑战：第一，欧洲车队更新缓慢，平均车龄增加；第二，型式认证CO₂值与实际排放存在差异，尤其是插电式混合动力汽车（PHEVs）的真实电动驾驶比例低于假设；第三，当前标准仅关注使用阶段排放，忽略上游排放。欧洲委员会提出的汽车一揽子计划引入监管灵活性，允许2035年后轻型车保留有限尾气排放，并通过低碳燃料和材料补偿，强调技术中立。这引发关键问题：灵活性能否通过加速车辆更新和更广泛采用电动化技术来促进脱碳，还是可能因实际使用与假设不符而延迟减排？

**研究内容与结论**
研究人员使用SIBYL模型（一种自下而上的道路运输预测车队模型，已用于欧洲委员会评估）结合COPERT排放计算器，评估了到2050年欧盟乘用车车队的两种脱碳路径：基准情景（S1，符合当前CO₂标准）和汽车一揽子情景（S2，反映监管灵活性，包括混合电动化路径，其中新车到2035年达到70%纯电动汽车（PEVs）和30%里程延长电动汽车（PREVs），并假设加速车队更新和生物燃料比例增加）。研究人员还考虑了PREVs的两种实际电动驾驶案例：高电动驾驶（70%电动，符合200公里续航里程的型式认证）和低电动驾驶（25%电动，类似当前PHEVs使用）。结果表明，在有利条件下（高电动驾驶、加速更新、低碳燃料），S2在2028-2040年间累计尾气CO₂排放比S1低约8%（超过3亿吨），生命周期CO₂排放减少约5%（3亿吨）。但若PREVs电动驾驶比例低，则效益消失，甚至2040年后长期排放反超。到2040年，S1与低电动驾驶S2差异不大，反映较旧内燃机汽车（ICEVs）仍主导排放，车队更新速度比新技术性能更关键。S2还降低电池容量需求9%（约15亿kWh），但增加液体燃料需求（高电动驾驶增加12%，低电动驾驶增加54%），需依赖生物燃料分担。

**重要意义**
论文发表在《Journal of Cleaner Production》。研究强调，监管灵活性的脱碳效果取决于实际条件：只有配合促进行程充电、加速老车替换、同步脱碳燃料和材料，才能实现中期减排；否则可能延迟长期目标。这为政策制定提供了关键证据，表明目标设定需与实际排放和车队动态挂钩。

**关键技术方法**
研究人员采用SIBYL模型（基于存量-流量方法模拟车队演变，整合历史注册、报废、出口数据）和COPERT v5.9.2（官方道路运输排放计算器，用于尾气排放计算）。车队数据来源包括Eurostat、欧洲汽车制造商协会（ACEA）、欧洲环境署（EEA）CO₂监测数据库、国际清洁交通委员会（ICCT）数据库等。生命周期排放计算结合GREET模型和市场统计，燃料生产排放因子遵循可再生能源指令更新，电力排放基于国际能源署宣示政策情景（STEPS）。场景设定基于外部假设，而非实证预测，旨在测试条件性影响。

**研究结果**
**3.1 模型验证**：SIBYL模型与1990-2023年欧盟历史排放数据对比，最大偏差在3%以内；与ICCT独立预测对比，累计尾气CO₂偏差不超过3%，验证了模型可靠性。

**3.2 替代监管情景下的尾气CO₂排放**：S2（高电动驾驶）在2028-2040年累计尾气CO₂比S1低约8%（超过3亿吨），主要得益于加速老车替换、高电动驾驶PREVs和生物燃料比例增加。低电动驾驶S2（S2b）与S1差异有限，但到2050年S2b累计尾气CO₂比S2a高约10亿吨，约增加16%。生命周期CO₂结果类似，S2a在2040年前比S1低约5%，但S2b因燃料消耗增加而比S2a高约4%，S1处于中间位置。这表明监管灵活性在2040年前不会显著延迟脱碳，但长期依赖实际驾驶行为。

**3.3 电池和燃料需求影响**：S2在2025-2050年累计电池容量需求比S1低9%（约15亿kWh），但电动化车辆总数更多（如2035年多1500万辆）。液体燃料需求变化大：S2a（高电动驾驶）累计汽油需求比S1增加12%（1770亿升），S2b增加54%（7700亿升），其中生物燃料比例逐步提高，但化石燃料仍占主导，需注意2040年后依赖增加。

**讨论总结**
研究结果表明，灵活监管路径的气候绩效取决于技术组合、车队更新和实际使用的交互作用。效益有条件性，非自动实现。政策应超越型式认证目标，关注实际排放和车队层面效果。建议配套措施包括充电基础设施、差异化税收、公司用车规则、消费者信息等，以维持高电动驾驶比例。车队更新速度在2040年前至关重要，因为老ICEVs仍是主要排放源。生命周期结果还受电力系统脱碳进度和低碳燃料可用性影响。若汽车一揽子计划允许2035年后新车继续使用内燃机，则需重新评估Euro 7污染物标准是否适应更大的在用车队。研究框架可推广至其他地区。总体而言，不能支持单一技术路径，监管灵活性的有效性依赖实施条件。

**研究结论**
本研究比较了EU当前CO₂标准与欧洲委员会汽车一揽子计划下乘用车CO₂排放的预期演变，重点关注车队更新、实际插电式车辆使用和累计排放（至2050年）。在有利条件下，汽车一揽子路径导致累计尾气和生命周期CO₂排放低于当前标准路径，当PREVs主要依靠电力运行、平价电动化车辆加速车队更新、剩余燃料和制造排放通过更高生物燃料比例和低碳材料生产逐步减少时。同时，这些效益对实际使用高度敏感：若PREVs充电频率低、电动驾驶比例类似当前PHEVs，则排放增益大幅减少，长期可能消失。这确认了用户行为、基础设施可用性和激励设计对车队脱碳路径至关重要。然而，2040年前S1与低电动驾驶案例差异较小，表明老ICEVs仍是过渡期主要排放源，强化了加速车队更新（通过增加全电动化补充技术的可用性）的重要性。替代路径还涉及重要权衡：减少在用车ICEVs数量和累计电池需求，但过渡期仍依赖液体燃料，需同步脱碳燃料供应。长期性能取决于可持续燃料可用性、电力系统演变和更广的能源系统规划。总体而言，发现不应解读为支持单一技术路径，而是表明监管灵活性有加速脱碳的潜力，但效果有条件性。灵活监管可在中期加速车队脱碳，但仅当伴随促进电动优先运行、加速老ICEVs更新、同步脱碳燃料、材料和电力的措施时。对政策制定者，主要启示是满足名义目标不足，监管必须塑造实际车辆使用以减少化石燃料行驶里程和车队结果。未来研究应扩展至其他车辆类型，并考察汽车一揽子计划对空气污染物排放的影响。